Halmai Katalin eredetileg zongoristának készült; énekművész-tanári diplomáját a budapesti Zeneakadémián szerezte. Számos nemzetközi énekverseny győzteseként 1990-től aktívan részt vesz a hazai és a nemzetközi zenei életben. Rendszeresen vendégszerepel a stuttgarti Bach Akadémián, turnézik a Müncheni Kamarazenekarral, a lipcsei Gewandhaus Zenekarával és a Bécsi Filharmonikusokkal.

Olyan karmesterek keze alatt énekelt, mint például Helmuth Rilling, Sir Roger Norrington, Leopold Hager és Herbert Blomstedt. 1995-től a bécsi Staatsoper és Volksoper szólistája volt, visszatérő vendége az Ittingeni Fesztiválnak, a Budapesti Tavaszi Fesztiválnak és a soproni Régi Zenei Napoknak. 2002-től a Zeneakadémia ének tanszakának tanára.